Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc tổng hợp xanh và fibroin tơ tằm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÁNG KHUẨN CHO VẢI VISCOSE
BẰNG NANO BẠC TỔNG HỢP XANH VÀ FIBROIN TƠ TẰM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

Hà Nội – 2022


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

---------------------

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÁNG KHUẨN CHO VẢI VISCOSE
BẰNG NANO BẠC TỔNG HỢP XANH VÀ FIBROIN TƠ TẰM

Ngành: CÔNG NGHỆ DỆT, MAY
Mã số: 9540204

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GVC TS NGUYỄN NGỌC THẮNG

Hà Nội – 2022

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả dưới sự
hướng dẫn của TS Nguyễn Ngọc Thắng Các số liệu và kết quả trong luận án là trung
thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được tác giả khác cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Hà Nội, ngày 21 tháng 01 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn

Tác giả

GVC TS Nguyễn Ngọc Thắng

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến TS
Nguyễn Ngọc Thắng, người đã hết lòng quan tâm hướng dẫn, dìu dắt tơi trong suốt
q trình học tập và thực hiện luận án này
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo thuộc Bộ môn Vật liệu và Công
nghệ Hóa dệt, Viện Dệt may - Da giầy và Thời trang, Phòng đào tạo - Bộ phận đào
tạo sau Đại học, Trung tâm Khoa học và Công nghệ Cao su, Trung tâm nghiên cứu
và phát triển công nghệ sinh học, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm,
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tơi
trong q trình học tập và nghiên cứu Đồng thời, tôi xin cảm ơn Viện Kỹ thuật nhiệt
đới, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam
đã hỗ trợ tơi thực hiện một số phân tích trong luận án
Tôi cũng gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Ban giám hiệu, Khoa Công
nghệ Sợi dệt Trường Đại học Công nghiệp Dệt may Hà Nội, nơi tôi đang công tác,
đã tạo điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, những người thân yêu gần gũi
nhất đã luôn động viên, san sẻ và gánh vác công việc, luôn tạo điều kiện tốt nhất để
tôi yên tâm hoàn thành luận án
Hà Nội, ngày 21 tháng 01 năm 2022
Tác giả

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN

i

LỜI CẢM ƠN

ii

MỤC LỤC

iii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

viii

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

x

MỞ ĐẦU

xiv

1 Lý do chọn đề tài

xiv

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

xv

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án

xvi

4 Nội dung nghiên cứu của luận án

xvi

5 Phương pháp nghiên cứu của luận án

xvi

6 Ý nghĩa khoa học của luận án

xvii

7 Giá trị thực tiễn của luận án

xvii

8 Những điểm mới của luận án

xvii

9 Kết cấu của luận án

xvii

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1

1 1 Tổng quan về xử lý kháng khuẩn cho vải viscose

1

1 1 1 Tổng quan về vải viscose

1

1 1 2 Tổng quan về xử lý kháng khuẩn cho vải viscose

4

1 2 Tổng quan về nano bạc và phương pháp tổng hợp

12

1 2 1 Nano bạc

12

1 2 2 Tổng quan về tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hoá học xanh sử dụng
dịch chiết thực vật
17
1 2 3 Xử lý kháng khuẩn cho vật liệu từ cellulose bằng nano bạc
1 3 Tổng quan về fibroin tơ tằm

23
31

1 3 1 Cấu tạo của fibroin

31

1 3 2 Tính chất của fibroin

33

1 3 3 Ứng dụng của fibroin tơ tằm

34

1 3 4 Tổng quan về hòa tan và tái sinh fibroin tơ tằm

37

1 4 Tổng quan về đánh giá hoạt tính kháng khuẩn
1 4 1 Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của chất kháng khuẩn
iii

42
42


1 4 2 Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của vật liệu dệt

45

1 4 3 Phương pháp kiểm tra độ bền kháng khuẩn của vật liệu dệt

49

1 5 Kết luận phần tổng quan và hướng nghiên cứu của luận án

50

1 5 1 Kết luận phần tổng quan

50

1 5 2 Hướng nghiên cứu của luận án

51

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 53
2 1 Đối tượng nghiên cứu

53

2 1 1 Vật liệu

53

2 1 2 Hóa chất

53

2 1 3 Dụng cụ và thiết bị

53

2 1 4 Các chủng vi khuẩn thử nghiệm

54

2 2 Nội dung nghiên cứu

54

2 2 1 Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh

54

2 2 2 Hịa tan và tái sinh fibroin tơ tằm

55

2 2 3 Xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng dung dịch nano bạc và fibroin tơ
tằm
55
2 3 Phương pháp nghiên cứu

56

2 3 1 Nghiên cứu lý thuyết

56

2 3 2 Phương pháp thực nghiệm

56

2 3 3 Phương pháp đánh giá khả năng kháng khuẩn

66

2 3 4 Phương pháp phân tích

71

2 3 5 Phương pháp xác định tính chất của vật liệu dệt

74

2 4 Kết luận chương 2

75

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

76

3 1 Tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh

76

3 1 1 Sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn làm chất khử

76

3 1 2 Sử dụng dịch chiết lá Huyết dụ làm chất khử

81

3 2 Hòa tan và tái sinh fibroin tơ tằm

90

3 2 1 Khả năng hòa tan của fibroin tơ tằm trong các hệ dung môi

90

3 2 2 Khả năng tái sinh của fibroin tơ tằm

91

3 2 3 Đề xuất cơ chế hòa tan và tái sinh của fibroin trên vải viscose

100

3 3 Xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng dung dịch nano bạc và fibroin tơ
tằm

101

3 3 1 Vải viscose được xử lý bằng dung dịch nano bạc (VisAg)
iv

101


3 3 2 Vải viscose được xử lý bằng dung dịch nano bạc và fibroin tơ tằm

109

3 3 3 Đánh giá một số tính chất tiện nghi của vải sau xử lý

125

3 4 Đề xuất cơ chế liên kết giữa vải viscose với fibroin tơ tằm và AgNPs

128

3 5 Kết luận chương 3

128

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

130

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

131

TÀI LIỆU THAM KHẢO

132

v


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AAS
AFFSAPS

: Atomic Absorption Spectrometry – Phổ hấp thụ nguyên tử
: The French Agency for the Safety of Health Products - Cơ quan
Quản lý Dược phẩm Pháp

AgCl-NPs
AgCol

: Nano bạc clorua

AgNPs
AgSa

: Silver Nanoparticles – Nano bạc

ATP

: Adenosine Triphosphate - Phân tử mang năng lượng, có chức
năng vận chuyển năng lượng đến các nơi cần thiết để tế bào sử
dụng

BHI
BSAC

: Brain Heart Infusion – Môi trường nuôi cấy vi khuẩn

Ca/Et
Ca/Et/W

: Hệ dung môi canxi clorua /Etanol

CFU

: Colony-Forming Unit - Đơn vị tạo khuẩn lạc

CLSI

: Clinical and Laboratory Standards Institute - Viện Tiêu chuẩn

lâm sàng và xét nghiệm Hoa Kỳ

C3G
DeSilk

: Cyanidin-3-Glucoside

DIN

: German Institute For Standardization - Viện tiêu chuẩn Đức

DNA

: Deoxyribonucleic acid - Phân tử axit nucleic mang thông tin di
truyền dưới dạng bộ ba mã di truyền quy định mọi hoạt động
sống

DLS

:

DP

: Degree of Polymerization – Độ trùng hợp

EDX/EDS

: Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy - Phổ tán sắc năng
lượng tia X

EUCAST

:

European Committee on Antibiotic Susceptibility Testing - Ủy
ban Châu Âu về Thử nghiệm Tính nhạy cảm với Kháng sinh

Fib
FTIR

:
:

Silk Fibroin - Fibroin tơ tằm

KLPT

:

Khối lượng phân tử

: Nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp hoá học xanh sử
dụng dịch chiết lá Huyết dụ
: Nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp hoá học xanh sử
dụng dịch chiết quả Bồ hòn

: British Society for Antimicrobial Chemotherapy - Hội Hóa liệu
kháng sinh Anh quốc
: Hệ dung mơi canxi clorua /Etanol/Nước

: Degummed Silk - Tơ tằm đã chuội keo sericin

Dynamics Light Scattering - Phương pháp tán xạ ánh sáng
động học

Fourier-Transform Infrared Spectroscopy - Phổ hồng ngoại
biến đổi Fourier

vi
LiEt
LiEtW


LiW
MIC
MBC
QAS
QPS

:
:

Hệ dung môi Liti bromua/Etanol
Hệ dung môi Liti bromua/Etanol/Nước

ReS Al

:

Hệ dung môi Liti bromua/Nước

ReS Ax

:

Minimal Inhibitory Concentration - Nồng độ ức chế tối thiểu

ReS Ca

:

Minimal Bactericidal Concentration - Nồng độ diệt khuẩn tối
thiểu

:
:

Quaternary ammonium salts - Muối amoni bậc bốn

:

Fibroin tái sinh bằng nhôm sunphat

:

Fibroin tái sinh bằng axeton

TLC
UV

:

Fibroin tái sinh bằng dung dịch canxi clorua

:

Reactive Oxygen Species - Oxi hoạt hóa

UV-Vis

:

Scanning Electron Microscope - Kính hiển vi điện tử quét

Vis

:

Raw Silk - Tơ tằm mộc

VisAg

:

Transmission Electron Microscopy - Kính hiển vi điện tử
truyền qua

:
:

Thin-layer chromatography - Sắc ký lớp mỏng

:

Ultraviolet-Visible - Tử ngoại - Khả kiến

:

Vải viscose

:

Vải viscose được xử lý bằng nano bạc

:

Vải viscose được xử lý bằng nano bạc và x chu kỳ giặt

:

Vải viscose xử lý bằng nano bạc trước, fibroin sau

:

Vải viscose xử lý bằng nano bạc trước, fibroin sau và x lần giặt

:

Vải viscose được xử lý bằng fibroin

:

Vải viscose được xử lý bằng fibroin và x chu kỳ giặt

:

Vải viscose xử lý bằng fibroin trước, nano bạc sau

:

Vải viscose xử lý bằng fibroin trước, nano bạc sau và x lần giặt

:

Vải viscose được xử lý bằng hỗn hợp fibroin và nano bạc

:

Vải viscose được xử lý bằng hỗn hợp fibroin và nano bạc, x
lần giặt

:
:

X-Ray Difraction - Nhiễu xạ tia X

ROS
SEM
So
TEM

VisAgWx
VisAgFib
VisAgFibWx
VisFib
VisFibWx
VisFibAg
VisFibAgWx
VisFib@Ag
VisFib@AgWx
XRD
wof

Quaternary phosphonium salts - Muối phosphonium bậc bốn

Ultraviolet - Tử ngoại

Weight of fabric - So với khối lượng của vải

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1 1: Các kích thước mắt xích cellulose [9]
3
Bảng 1 2: Tính chất cơ lý của một số loại xơ viscose
3
Bảng 1 3: Một số loại thực vật được dùng để tổng hợp AgNPs
17
Bảng 1 4: Các saponin có trong quả Bồ hịn

21
Bảng 1 5: Các axit amin có trong fibroin tơ tằm Bombyx mori [152]
32
Bảng 1 6: Ứng dụng của fibroin tơ tằm tái sinh trong lĩnh vực y sinh [157]
35
Bảng 1 7: Các h ệ dung mơi hồ tan fibroin tơ tằm [167]
37
Bảng 1 8: Điều kiện thử nghiệm kháng khuẩn theo CLSI [178]
43
Bảng 1 9: Một số phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của hàng dệt may [1]
45
Bảng 2 1: Thông số kỹ thuật của vải

53

Bảng 2 2: Các chủng vi khuẩn gây bệnh
Bảng 2 3: Các phương án hoà tan của fibroin tơ tằm
Bảng 2 4: Các dung môi để tái sinh fibroin
Bảng 2 5: Điều kiện xử lý vải viscose bằng AgNPs và ký hiệu mẫu
Bảng 2 6: Điều kiện xử lý và ký hiệu mẫu vải xử lý theo phương án 1
Bảng 2 7: Điều kiện xử lý và ký hiệu mẫu vải được xử lý theo phương án 2
Bảng 2 8: Điều kiện xử lý và ký hiệu mẫu vải được xử lý theo phương án 3

54
60
60
64
64
65
66

Bảng 3 1: Hàm lượng saponin có trong dịch chiết quả Bồ hịn

76

Bảng 3 2: Hàm lượng anthocyanin có trong dịch chiết lá Huyết dụ
82
Bảng 3 3: Kết quả đo màu của các mẫu vải được nhuộm bằng thuốc nhuộm axit 98
Bảng 3 4: Kết quả đo màu của các mẫu vải được nhuộm bằng thuốc nhuộm hoạt tính
99
Bảng 3 5: Hàm lượng fibroin của các mẫu vải VisFib trước và sau các chu kỳ giặt99
Bảng 3 6: Kết quả đo màu của các mẫu vải VisAg khi thay đổi mức ép
102
Bảng 3 7: Kết quả đo màu của các mẫu vải VisAg khi thay đổi nồng độ AgNPs 104
Bảng 3 8: Hiệu suất kháng khuẩn của vải VisAg trước và sau các chu kỳ giặt
106
Bảng 3 9: Hàm lượng AgNPs trên vải VisAg trước và sau 30 chu kỳ giặt
108
Bảng 3 10: Kết quả đo màu của các mẫu vải VisAgFib khi thay đổi nồng độ AgNPs
109
Bảng 3 11: Hiệu suất kháng khuẩn của vải VisAgFib trước và sau các chu kỳ giặt
111
Bảng 3 12: Hàm lượng AgNPs trên vải VisAgFib trước và sau 30 chu kỳ giặt
113
Bảng 3 13: Hàm lượng fibroin của các mẫu vải VisAgFib trước và sau 30 chu kỳ giặt
114
Bảng 3 14: Kết quả đo màu của các mẫu vải VisFibAg khi thay đổi nồng độ AgNPs
115
viii

Bảng 3 15: Hiệu suất kháng khuẩn của vải VisFibAg trước và sau các chu kỳ giặt
117
Bảng 3 16: Hàm lượng AgNPs trên vải VisFibAg trước và sau 30 chu kỳ giặt
119
Bảng 3 17: Hàm lượng fibroin của các mẫu vải VisFibAg trước và sau 30 chu kỳ giặt
119
Bảng 3 18: Kết quả đo màu của các mẫu vải VisFib@Ag khi thay đổi nồng độ AgNPs
120
Bảng 3 19: Hiệu suất kháng khuẩn của vải VisFib@Ag trước và sau các chu kỳ giặt
122
Bảng 3 20: Hàm lượng AgNPs trên vải VisFib@Ag trước và sau khi giặt 30 chu kỳ
124
Bảng 3 21: Hàm lượng fibroin trên vải VisFib@Ag trước và sau 30 chu kỳ giặt 125

ix


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1 1: Cơng thức cấu tạo và cấu trúc của một mắt xích cellulose
2
Hình 1 2: Mặt cắt ngang của một số loại xơ viscose
3
Hình 1 3: Mơ tả cơ chế kháng khuẩn của tác nhân kháng khuẩn
5
Hình 1 4: Cấu tạo của của QAS và QPS
6
Hình 1 5: Poly (hexamethylenebiguanide) [1]
7
Hình 1 6: Hợp chất kim loại hữu cơ [1]

7
Hình 1 7: Cấu tạo của chitosan [1]
8
Hình 1 8: Ma trận nano bạc và polymer Si-QAS
9
Hình 1 9: Hoạt tính kháng khuẩn của các mẫu vải [41]
10
Hình 1 10: Hiệu suất kháng khuẩn của vải viscose-chitosan
11
Hình 1 11: Phổ FTIR và giản đồ XRD của các mẫu vải viscose trước và sau khi xử lý
bằng nano vàng
11
Hình 1 12: Phổ UV-Vis và màu sắc của AgNPs có đường kính từ 5 - 100 nm [44]
13
Hình 1 13: Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc [48]
13
Hình 1 14: Ảnh TEM của AgNPs được tổng hợp bằng dịch chiết lá hồng xiêm 18
Hình 1 15: Ảnh TEM của AgNPs (a) và ảnh chụp mẫu vải cotton trước và sau khi
tẩm phủ AgNPs (b) [76]
20
Hình 1 16: Cơng thức cấu tạo saponin
21
Hình 1 17: Đặc tính hạt nano bạc tổng hợp xanh [88]
21
Hình 1 18: Cơng thức cấu tạo chung của anthocyanin [96]
22
Hình 1 19: Phương pháp ngấm ép - sấy khơ - gia nhiệt
23
Hình 1 20: Ảnh hưởng của nồng độ AgNPs đến khả năng kháng khuẩn [108]
24

Hình 1 21: Quy trình xử lý vải cellulose nano bạc bằng phương pháp tận trích
24
Hình 1 22: Kết quả nghiên cứu tự tổng hợp nano bạc trên xơ viscose
25
Hình 1 23: Phương pháp đưa AgNPs lên vải cotton bằng thủy nhiệt
25
Hình 1 24: Quy trình đưa bạc lên vải bằng phương pháp mạ điện [123]
26
Hình 1 25: Giản đồ XRD của chitosan, CS-AgNP và AgNP
28
Hình 1 26: Phổ UV-Vis, FTIR của AgNPs, chitosan và CS-AgNPs và ảnh SEM của
các mẫu vải
28
Hình 1 27: Cơ chế tổng hợp nano bạc trên vải viscose bằng chitosan
29
Hình 1 28: Ảnh SEM của mẫu vải trước và sau xử lý (a, b) và ảnh TEM của mẫu vải
sau xử lý (c)
29
Hình 1 29: Kết quả kháng khuẩn của mẫu vải viscose tre nano bạc
29
Hình 1 30: Giản đồ XRD và ảnh SEM của mẫu vải viscose tre trước và sau xử lý 30
Hình 1 31: Cấu trúc của tơ tằm [151]
32
Hình 1 32: Cấu trúc tinh thể của fibroin [10]
33
x


Hình 1 33: Giản đồ cấu trúc, quá trình xử lý và ứng dụng của vật liệu fibroin
36

Hình 1 34: Cấu trúc của fibroin tơ tằm
38
Hình 1 35: Sơ đồ quy trình hồ tan fibroin tơ tằm từ kén tằm Bombyx mori
38
Hình 1 36: Các bước để chuẩn bị dung dịch fibroin tơ tằm [171]
40
Hình 1 37: Cơ chế tái sinh fibroin tơ tằm [166]
40
Hình 1 38: Phổ FTIR của mẫu vải trước và sau khi xử lý bằng fibroin tơ tằm [166]
41
Hình 1 39: Minh hoạ phương pháp khuếch tán đĩa thạch [179]
43
Hình 1 40: Minh hoạ phương pháp khuếch tán giếng thạch [70]
43
Hình 1 41: Quy trình thử nghiệm kháng khuẩn theo tiêu chuẩn CLSI [181]
44
Hình 1 42: Minh họa phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn theo tiêu chuẩn
AATCC 147
46
Hình 1 43: Các bước thử nghiệm kháng khuẩn theo phương pháp bán định lượng 47
Hình 1 44: Mơ phỏng quy trình đánh giá hoạt tính kháng khuẩn theo tiêu chuẩn
ASTM E2149 [185]
48
Hình 1 45: Mơ phỏng các bước thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn theo tiêu chuẩn
AATCC 100 [185]
49
Hình 2 1: Hình ảnh quả Bồ hịn, lá Huyết dụ và kén tằm Bombyx mori

53

Hình 2 2: Sơ đồ quy trình nghiên cứu tổng quát của luận án
55
Hình 2 3: Quy trình chiết dung dịch quả Bồ hịn và xác định hàm lượng saponin 57
Hình 2 4: Quy trình tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch
chiết quả Bồ hịn
58
Hình 2 5: Sơ đồ quy trình chiết dung dịch lá Huyết dụ và xác định hàm lượng
anthocyanin
59
Hình 2 6: Quy trình tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch
chiết lá Huyết dụ
59
Hình 2 7: Sơ đồ quy trình chuội, hịa tan, tinh lọc và tái sinh fibroin
61
Hình 2 8: Quy trình xử lý vải viscose dệt thoi bằng dung dịch fibroin tơ tằm
62
Hình 2 9: Sơ đồ quy trình cơng nghệ nhuộm
63
Hình 2 10: Sơ đồ quy trình ngấm ép vải viscose bằng dung dịch nano bạc
63
Hình 2 11: Các phương án xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng dung dịch fibroin
tơ tằm và nano bạc
64
Hình 2 12: Sơ đồ quy trình xử lý mẫu vải VisAg bằng dung dịch fibroin
65
Hình 2 13: Sơ đồ quy trình ngấm ép vải VisFib bằng dung dịch AgNPs
65
Hình 2 14: Sơ đồ quy trình xử lý vải viscose bằng hỗn hợp dung dịch Fib@Ag
66
Hình 2 15: Sơ đồ quy trình đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs theo tiêu

chuẩn CLSI
67
Hình 2 16: Sơ đồ quy trình đánh giá khả năng kháng khuẩn của vải theo tiêu chuẩn
AATCC 90-2011
68

xi


Hình 2 17: Sơ đồ quy trình đánh giá khả năng kháng khuẩn của vải theo tiêu chuẩn
AATCC 147-2004
69
Hình 2 18: Sơ đồ quy trình đánh giá hiệu suất kháng khuẩn của vải theo tiêu chuẩn
ASTM E2149-10
70
Hình 3 1: Màu sắc và phổ UV-Vis của dung dịch Sa và AgSa khi thay đổi nồng độ
AgNO3 phản ứng
77
Hình 3 2: Màu sắc và phổ UV-Vis của AgSa khi thay đổi thời gian tổng hợp
77
Hình 3 3: Ảnh TEM của AgSa và biểu đồ phân bố kích thước hạt
78
Hình 3 4: Giản đồ XRD của AgSa (a) và phổ FTIR của Sa và AgSa (b)
79
Hình 3 5: Kết quả phân tích nhiệt TGA/DTA của AgSa
80
Hình 3 6: Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của AgSa
81
Hình 3 7: Phổ hấp thụ của dịch chiết lá Huyết dụ ở pH = 1 và pH = 4,5
82

Hình 3 8: Màu sắc và phổ UV-Vis của dung dịch Col và AgCol khi thay đổi nồng độ
AgNO3 phản ứng
83
Hình 3 9: Màu sắc và phổ UV-Vis của dung dịch AgCol với thời gian phản ứng khác
nhau
84
Hình 3 10: Ảnh TEM của AgCol ở các độ phóng đại khác nhau
85
Hình 3 11: Giản đồ XRD của AgCol (a) và phổ FTIR của Col, AgCol (b)
85
Hình 3 12: Kết quả phân tích nhiệt TGA/DTA của AgCol
86
Hình 3 13: Cơ chế phản ứng tổng hợp AgNPs
87
Hình 3 14: Kết quả đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của AgCol
88
Hình 3 15: Đường kính kháng khuẩn của AgCol (±SD, n = 3)
89
Hình 3 16: Hình ảnh kết quả các phương án hịa tan fibroin tơ tằm
90
Hình 3 17: Hình ảnh các dung dịch fibroin tơ tằm thu được khi hòa tan
91
Hình 3 18: Hình ảnh kết quả tái sinh fibroin tơ tằm trong hệ dung mơi, dung dịch 92
Hình 3 19: Ảnh OM của Fib biến đổi qua các quá trình chuội, hịa tan và tái sinh 92
Hình 3 20: Quy trình loại bỏ muối LiBr, etanol dư bằng hệ thống lọc dịng ngang 93
Hình 3 21: Ảnh SEM các mẫu vải viscose trước và sau xử lý bằng dung dịch fibroin
94
Hình 3 22: Phổ EDX của vải viscose trước và sau xử lý bằng dung dịch fibroin 94
Hình 3 23: Phổ FTIR của các mẫu
95

Hình 3 24: Độ thống khí và hệ số độ rủ của các mẫu vải VisFib
96
Hình 3 25: Độ bền kéo đứt và độ giãn đứt của các mẫu vải VisFib
97
Hình 3 26: Góc hồi nhàu và độ mao dẫn của các mẫu vải VisFib
98
Hình 3 27: Cơ chế tạo phức, tái sinh fibroin tơ tằm trên vải viscose
100
Hình 3 28: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisAg khi thay đổi mức ép 102
Hình 3 29: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisAg khi thay đổi mức ép sau 5
chu kỳ giặt
103
Hình 3 30: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisAg khi thay đổi nồng độ
AgNPs
104
xii


Hình 3 31: Kết quả đánh giá độ bền kháng khuẩn của vải VisAg sau các chu kỳ giặt
105
Hình 3 32: Ảnh SEM của các mẫu vải VisAg trước và sau 30 chu kỳ giặt
107
Hình 3 33: Phổ EDX của các mẫu vải VisAg trước và sau 30 chu kỳ giặt
107
Hình 3 34: Phổ FTIR của vải viscose (a), VisAg (b) và AgNPs (c)
108
Hình 3 35: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisAgFib khi thay đổi nồng độ
AgNPs
110
Hình 3 36: Kết quả đánh giá độ bền kháng khuẩn của vải VisAgFib sau các chu kỳ

giặt
111
Hình 3 37: Ảnh SEM của các mẫu vải VisAgFib trước và sau 30 chu kỳ giặt
112
Hình 3 38: Phổ EDX của các mẫu vải VisAgFib trước và sau 30 chu kỳ giặt
112
Hình 3 39: Phổ FTIR của vải Vis (a), VisAgFib (b), AgNPs (c) và ReFib (d)
113
Hình 3 40: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisFibAg khi thay đổi nồng độ
AgNPs
115
Hình 3 41: Kết quả đánh giá độ bền kháng khuẩn của vải VisFibAg sau các chu kỳ
giặt
116
Hình 3 42: Ảnh SEM của các mẫu vải VisFibAg trước và sau 30 chu kỳ giặt
117
Hình 3 43: Phổ EDX của các mẫu vải VisFibAg trước và sau 30 chu kỳ giặt
118
Hình 3 44: Phổ FTIR của Vis (a), VisFib (b), VisFibAg (c), AgNPs(d) và ReFib (e)
118
Hình 3 45: Khả năng kháng khuẩn của các mẫu vải VisFib@Ag khi thay đổi nồng độ
AgNPs
120
Hình 3 46: Kết quả đánh giá độ bền kháng khuẩn của vải VisFib@Ag sau các chu kỳ
giặt
121
Hình 3 47: Ảnh SEM của các mẫu vải VisFib@Ag trước và sau 30 chu kỳ giặt 123
Hình 3 48: Phổ EDX của các mẫu vải VisFib@Ag trước và sau 30 chu kỳ giặt 123
Hình 3 49: Phổ FTIR của vải Vis (a), VisFib@Ag (b), AgNPs) (c) và ReFib(d) 124
Hình 3 50: Độ ẩm thực tế và độ thải ẩm của mẫu vải viscose trước và sau khi xử lý

bằng AgNPs và fibroin tơ tằm
126
Hình 3 51: Độ thống khí và độ thơng hơi của của mẫu vải viscose trước và sau khi
xử lý bằng AgNPs và fibroin tơ tằm
127
Hình 3 52: Góc hồi nhàu và hệ số độ rủ của mẫu vải viscose trước và sau khi xử lý
bằng AgNPs và fibroin tơ tằm
127
Hình 3 53: Cơ chế liên kết giữa viscose với fibroin@AgNPs
128

xiii


MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, vật liệu dệt kháng khuẩn đang thu hút được sự quan
tâm của nhiều nhà khoa học và các doanh nghiệp dệt may Nhiều chất kháng khuẩn
mới, xơ chức năng mới và công nghệ nano đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng
cho vật liệu dệt để tạo ra các sản phẩm ưu việt hơn Vật liệu dệt kháng khuẩn được
kỳ vọng sẽ hạn chế sự lây lan của các bệnh truyền nhiễm, đặc biệt là các bệnh kháng
thuốc gây ra bởi vi khuẩn, vi rút và nấm Hơn nữa, vật liệu dệt kháng khuẩn sẽ giải
quyết được các vấn đề liên quan đến tính vệ sinh của sản phẩm như vi khuẩn gây mùi
trên quần áo may mặc và thể thao, giúp bảo tồn các hiện vật dệt và tăng tuổi thọ của
vải địa kỹ thuật Sự phát triển của khoa học cơng nghệ ngày nay khơng chỉ góp phần
tạo ra những sản phẩm đáp ứng hiệu quả kháng khuẩn tốt mà cịn địi hỏi phải đáp
ứng tính sinh thái, an tồn đối với con người và mơi trường [1] Do đó, hướng nghiên
cứu và phát triển các vật liệu dệt kháng khuẩn theo xu thế bền vững, sử dụng nguồn
nguyên liệu dễ tái sinh, thân thiện với môi trường ngày càng được chú trọng
Vật liệu dệt được xử lý kháng khuẩn thường là các loại vật liệu có nhiều tính

chất quý, phạm vi sử dụng rộng rãi nhưng lại dễ bị tổn hại bởi vi khuẩn, nấm mốc
Vải viscose là một trong số các vải từ cellulose tái sinh có nhiều ưu điểm như khả
năng hút ẩm tốt, mềm mại, thơng thống nhưng dễ bị vi khuẩn tấn cơng do có cấu
trúc xốp, có khả năng giữ nước, oxi tạo môi trường thuận lợi cho vi khuẩn sinh sôi
phát triển Sự sinh trưởng của vi khuẩn trên vải khơng những gây khó chịu cho người
mặc như gây mùi, kích ứng da mà cịn ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu như bị thay
đổi màu sắc, tính chất cơ học của vải và đặc biệt có thể là nguyên nhân dẫn đến lây
truyền bệnh tật [1] Vì vậy, xử lý kháng khuẩn cho vải viscose là cần thiết để nâng
cao giá trị và mở rộng phạm vi sử dụng cho vật liệu này Để xử lý kháng khuẩn cho
vải viscose có thể sử dụng các hợp chất kháng khuẩn như chitosan, triclosan, các hợp
chất từ thực vật, các hợp chất polymer chứa amoni bậc 4, nano kim loại, oxit kim
loại… [1, 2] Trong số đó, AgNPs được biết đến với khả năng diệt được nhiều chủng
vi khuẩn và nấm mốc khác nhau [3-5] Do có tính chất ưu việt như vậy nên đã có
nhiều cơng trình nghiên cứu và ứng dụng AgNPs để xử lý kháng khuẩn cho vật liệu
dệt nói chung và cho viscose nói riêng Các nghiên cứu thường được thực hiện theo
hai hướng: tổng hợp AgNPs trực tiếp trên vật liệu dệt hoặc tổng hợp AgNPs trước và
xử lý cho vật liệu sau Do khó kiểm soát lượng AgNPs đưa lên vải cũng như ảnh
hưởng của các chất phản ứng đến tính chất của vải nên hướng tổng hợp trực tiếp ít
được nghiên cứu hơn
Việc tổng hợp AgNPs trước khi xử lý cho vật liệu dệt có thể thực hiện bằng
phương pháp “top-down” như nổ điện, ăn mịn laze, phương pháp khắc hóa học,
nghiền cơ học ; hoặc phương pháp “bottom-up” như ngưng tụ nguyên tử, lắng đọng
hơi hóa học, sol-gel Hầu hết các phương pháp này đều có ít nhiều hạn chế, hoặc
phải sử dụng các trang thiết bị hiện đại, phức tạp, hoặc phải dùng các hóa chất đắt
tiền, khơng thân thiện với mơi trường Gần đây, phương pháp tổng hợp AgNPs theo
con đường hóa học xanh đang được tập trung nghiên cứu và ứng dụng Theo phương
pháp này, các hoạt chất có trong dịch chiết từ thực vật, tảo, vi khuẩn, nấm, men được
sử dụng để làm tác nhân khử và chất ổn định các hạt nano bạc Các hoạt chất có trong
xiv

dịch chiết từ thực vật có thể đóng vai trị là chất khử và chất ổn định hạt nano bạc
thường là polyphenol, alkaloid, axit béo, protein… Phương pháp tổng hợp này đang
cho thấy nhiều ưu điểm là chi phí thấp, thân thiện với môi trường, không sử dụng
nguồn năng lượng cao, khơng sử dụng các hóa chất độc hại và có thể tổng hợp quy
mơ lớn [6-8] Dựa trên các cơ sở khoa học về tổng hợp xanh, luận án sẽ tổng hợp
AgNPs sử dụng chất khử có trong dịch chiết quả Bồ hòn và lá Huyết dụ Cho đến nay
chưa có cơng trình nào cơng bố sử dụng dịch chiết lá Huyết dụ để tổng hợp AgNPs
và cũng đã có một số cơng trình nghiên cứu sử dụng dịch chiết quả Bồ hòn để tổng
hợp AgNPs nhưng còn một số hạn chế
Vải kháng khuẩn ngoài khả năng kháng khuẩn cao cần có độ bền kháng khuẩn
tốt sau nhiều chu kỳ giặt Do nano bạc rất dễ khuếch tán ra mơi trường trong q trình
giặt nên vải xử lý bằng tác nhân kháng khuẩn này cần được xử lý hoàn tất để tăng
liên kết của các hạt AgNPs với vật liệu dệt Nhiều nghiên cứu đã thực hiện biến tính
bề mặt vật liệu dệt bằng việc sử dụng các hợp chất có chứa nhóm amin, thiol,
cacboxyl… thơng qua phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp để tăng khả năng
liên kết giữa AgNPs với vật liệu Để đảm bảo yêu cầu sinh thái cho vải dệt sau xử lý,
nghiên cứu gần đây sử dụng chitosan để nâng cao độ bền kháng khuẩn cho vải bông
chứa AgNPs Dựa trên cơ sở này, luận án sẽ sử dụng fibroin tơ tằm, một polymer tự
nhiên chứa nhiều nhóm amin có ái lực cao với AgNPs, để xử lý tăng độ bền kháng
khuẩn cho vải viscose chứa AgNPs Để thực hiện, fibroin tơ tằm cần được hòa tan
thành dung dịch để ngấm sâu vào xơ sợi và tái sinh về dạng ban đầu sau khi loại dung
môi Nhằm tăng hiệu quả kinh tế và ý nghĩa của nghiên cứu, luận án sử dụng nguồn
fibroin từ vỏ kén tằm đã cắt lấy nhộng Thông thường, các cơ sở nuôi tằm để ươm tơ,
kéo sợi, dệt vải lụa có giá trị kinh tế cao Tuy nhiên, hiện nay có một số làng nghề đã
chuyển đổi sang hướng nuôi tằm lấy nhộng để làm thực phẩm, làm thuốc để đa dạng
nguồn thu nhập Vỏ kén sau khi cắt lấy nhộng thường được bán cho thương lái với
giá rẻ Do đó, nghiên cứu này kết hợp AgNPs tổng hợp xanh với fibroin từ kén tằm
thải để xử lý cho vải viscose nhằm tạo ra vải có khả năng kháng khuẩn tốt và độ bền
kháng khuẩn cao hơn so với vải viscose chỉ xử lý bằng AgNPs

Thêm nữa, ở nước ta hiện nay, các hợp chất kháng khuẩn xử lý cho vật liệu dệt
ở quy mô công nghiệp phần lớn được nhập từ nước ngoài Trong nước đã có một số
cơng trình nghiên cứu về xử lý kháng khuẩn cho vải Tuy nhiên, các hóa chất xử lý
đa số phải nhập khẩu với giá thành cao và một số ít sử dụng các hợp chất được sản
xuất trong nước Do đó, nghiên cứu tạo ra tác nhân kháng khuẩn cho vật liệu dệt có
phổ kháng khuẩn rộng, độ bền kháng khuẩn với giặt tốt và đảm bảo tính sinh thái là
cần thiết
Từ những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải viscose
bằng nano bạc tổng hợp xanh và fibroin tơ tằm” đã được thực hiện nhằm giải quyết
các vấn đề trên và đáp ứng nhu cầu cấp thiết của ngành dệt may Việt Nam
2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Tổng hợp được AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết
quả Bồ hòn, lá Huyết dụ
- Xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng AgNPs tổng hợp được
- Nâng cao độ bền kháng khuẩn của vải viscose có chứa AgNPs bằng fibroin tơ
tằm (Fib)

xv


3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
* Đối tượng nghiên cứu
- Vải viscose dệt thoi
- Nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp hóa học xanh
- Fibroin tơ tằm: Fibroin tơ tằm được hòa tan bằng dung mơi thích hợp
* Phạm vi nghiên cứu
Luận án nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng
hợp chất hữu cơ có trong dịch chiết từ quả Bồ hòn, lá Huyết dụ Việt Nam làm chất
khử ion bạc và chất bảo vệ AgNPs tạo thành với các yếu tố khảo sát bao gồm nồng
độ bạc nitrat và thời gian phản ứng Hoạt tính kháng khuẩn của AgNPs tổng hợp xanh

được đánh giá dựa trên khả năng ức chế sự phát triển của 6 chủng vi khuẩn thơng
dụng Nghiên cứu lựa chọn dung mơi thích hợp để hòa tan fibroin tơ tằm, phương
pháp tách loại dung môi để tái sinh fibroin Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải
viscose dệt thoi bằng AgNPs tổng hợp xanh và fibroin tơ tằm thông qua khảo sát ảnh
hưởng của mức ép và nồng độ các chất đến khả năng kháng khuẩn và độ bền kháng
khuẩn của vải với tối đa 30 chu kỳ giặt
Nghiên cứu được thực hiện trên các trang thiết bị thí nghiệm tại Viện Dệt may
- Da giầy và Thời trang, Trung tâm khoa học và công nghệ (KH&CN) Cao su, Trung
tâm nghiên cứu và phát triển Công nghệ sinh học, Viện Công nghệ Sinh học và Công
nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách khoa Hà Nội Các thí nghiệm phân tích được
thực hiện ở Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hóa học thuộc
Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam
4 Nội dung nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh và đánh giá đặc
tính, hoạt tính kháng khuẩn của hạt nano bạc tổng hợp được
- Nghiên cứu hòa tan fibroin tơ tằm, tái sinh fibroin trên vải viscose và đánh giá
khả năng tái sinh của fibroin tơ tằm trên vải viscose
- Nghiên cứu xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc tổng hợp xanh
và đánh giá độ bền kháng khuẩn sau các chu kỳ giặt
- Nghiên cứu nâng cao độ bền kháng khuẩn của vải viscose có chứa AgNPs
bằng fibroin tơ tằm
5 Phương pháp nghiên cứu của luận án
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: khảo cứu các tài liệu, bài báo, các cơng
trình nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nước liên quan đến nội dung
nghiên cứu Đánh giá những vấn đề đã được nghiên cứu, những vấn đề cịn tồn tại từ
đó xác định hướng nghiên cứu phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam, rút ra
nhận xét và đưa ra hướng nghiên cứu của luận án
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm tổng hợp AgNPs bằng
phương pháp hóa học xanh, hịa tan fibroin tơ tằm, xử lý kháng khuẩn cho vải viscose
bằng AgNPs tổng hợp xanh và fibroin tơ tằm

- Phương pháp phân tích và đánh giá: Sử dụng các phương pháp phân tích hiện
đại như UV-Vis, FTIR, XRD, SEM, EDX, TEM, TGA, Kjeldahl, AAS để đánh giá
mẫu nghiên cứu Sử dụng các tiêu chuẩn quốc tế và tiêu chuẩn Việt Nam để đánh giá
khả năng kháng khuẩn, tính chất của vải viscose trước và sau xử lý

xvi


6 Ý nghĩa khoa học của luận án
- Góp phần làm rõ quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hoá học xanh
sử dụng dịch chiết từ quả Bồ hịn và lá Huyết dụ thân thiện với mơi trường
- Góp phần làm rõ khả năng sử dụng AgNPs tổng hợp xanh để xử lý kháng
khuẩn cho vải viscose
- Giải thích ảnh hưởng của một số yếu tố cơng nghệ đến độ bền kháng khuẩn
của vải viscose xử lý bằng AgNPs và fibroin tơ tằm thông qua các kết quả phân tích
theo các tiêu chuẩn
- Chứng minh hiệu quả của việc sử dụng fibroin tơ tằm để nâng cao độ bền
kháng khuẩn cho vải viscose xử lý bằng AgNPs
7 Giá trị thực tiễn của luận án
Đã tổng hợp được AgNPs bằng phương pháp hoá học xanh sử dụng dịch chiết
quả Bồ hòn và lá Huyết dụ làm chất khử và chất ổn định Nano bạc tổng hợp được có
đặc tính phù hợp để xử lý kháng khuẩn cho vật liệu dệt
Đã xây dựng được quy trình hịa tan và tái sinh fibroin tơ tằm từ kén tằm
Bombyx mori Quy trình này sử dụng hệ thống lọc dòng ngang để loại bỏ muối dư
giúp quá trình tái sinh fibroin hiệu quả hơn
Đã xử lý kháng khuẩn cho vải viscose sử dụng AgNPs và fibroin tơ tằm đảm
bảo độ bền kháng khuẩn sau 30 chu kỳ giặt Kết quả của nghiên cứu này đã tạo ra vải
viscose kháng khuẩn có thể ứng dụng cho các sản phẩm như khẩu trang kháng khuẩn,
quần áo kháng khuẩn Ngồi ra, cơng nghệ xử lý này có thể áp dụng để xử lý kháng
khuẩn cho các loại vải khác ứng dụng cho các sản phẩm quần áo thể thao, đồ lót, băng

vết thương
8 Những điểm mới của luận án
Đã xây dựng quy trình tổng hợp AgNPs bằng phương pháp hóa học xanh sử
dụng dịch chiết của lá Huyết dụ làm chất khử ion bạc và chất ổn định nano bạc tạo
thành
Đã xây dựng được quy trình hòa tan fibroin từ nguồn kén tằm Bombyx mori,
loại bỏ muối dư bằng hệ thống lọc dòng ngang, sử dụng muối nhôm sunphat để tái
sinh fibroin trên vải viscose
Đã xây dựng được quy trình xử lý kháng khuẩn cho vải viscose bằng nano bạc
tổng hợp từ dịch chiết lá Huyết dụ kết hợp với fibroin
9 Kết cấu của luận án
Luận án gồm 3 chương chính
Chương 1 Tổng quan nghiên cứu
Chương 2 Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3 Kết quả và thảo luận
Kết luận

xvii


Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1 1 Tổng quan về xử lý kháng khuẩn cho vải viscose
1 1 1 Tổng quan về vải viscose
1 1 1 1 Giới thiệu về vải viscose
Vải viscose là vải được dệt từ sợi viscose 100%, có thể là sợi xơ ngắn (staple)
hoặc sợi liên tục (filament) Xơ viscose là xơ nhân tạo được sản xuất từ nguồn nguyên
liệu gỗ có hàm lượng α-cellulose trên 90% Trong số các xơ cellulose tái sinh thì
viscose là xơ được sử dụng phổ biến nhất trong ngành dệt may do có tính thấm hút
tốt, dễ nhuộm màu, bề mặt bóng láng, mềm mịn, giá thành khơng cao [9] Vải viscose
được ứng dụng trong các lĩnh vực như vải may mặc (quần áo mặc mùa hè, quần áo

thời trang, vải lót, vải may khẩu trang…) [10]; vải may đồ gia dụng (chăn, ga, gối,
đệm, khăn trải bàn… [10]; vải y tế (băng vết thương, mũ, khẩu trang, khăn lau kháng
khuẩn) [11] Vải viscose khơng dệt cịn được sử dụng làm áo choàng phẫu thuật [12,
13] Nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ xơ viscose ngày càng tăng, đặc biệt là dạng xơ
ngắn thể hiện qua thị trường xơ viscose tồn cầu năm 2020 đạt hơn 4750 nghìn tấn
và dự kiến tốc độ tăng trưởng kép hằng năm (CARG) 4% trong giai đoạn từ 2021 đến
2026 [14]
1 1 1 2 Phân loại xơ viscose
Thơng qua các phản ứng hố học, công nghệ kéo sợi và các tác động cơ lý khác
nhau mà có thể tạo ra nhiều loại sản phẩm viscose Quá trình sản xuất xơ viscose
được coi là linh hoạt, có thể tạo thành nhiều cấu trúc khác nhau nhất trong số các xơ
nhân tạo [9] Xơ có hình dạng cắt ngang khác nhau, từ đa thùy, răng cưa và trịn
phẳng; theo chiều dọc có dạng thẳng hoặc dạng uốn Xơ có dạng mảnh, mềm như tơ
tằm, cotton và có cả dạng thơ như len… Xơ được sản xuất ở dạng dài liên tục
(filament) hoặc dạng cắt ngắn (staple) [9] Gồm có các loại xơ viscose với các tính
chất cơ học, vật lý, hóa học khác nhau như sau:
* Viscose thơng thường: Xơ viscose thơng thường có độ trùng hợp (DP: Degree of
polymerization) từ 250 - 400 Loại xơ này thường dùng chủ yếu trong may mặc do
có những ưu điểm như hút ẩm tốt, có tính vệ sinh cao, chất thải dễ xử lý Tuy nhiên,
xơ có nhược điểm dễ nhàu và giảm bền khi ướt (có thể giảm đến 40 - 50%), dễ giãn
và biến dạng Vải từ xơ viscose thơng thường dạng filament có ngoại quan bóng láng,
mềm mịn như tơ tằm So với vải từ xơ dài thì vải viscose từ xơ ngắn được sử dụng
trong ngành dệt may chiếm tỷ trọng lớn hơn nhiều Vải mềm mịn, có độ rủ cao, được
sử dụng để may quần áo mặc thông thường, khẩu trang, ga gối… [9]
* Viscose bền cao (HWM: high wet modules, HT: High tenacity): Loại xơ viscose
này được sản xuất từ nguồn nguyên liệu gỗ ban đầu có hàm lượng-cellulose cao
hơn loại thơng thường Xơ viscose bền cao có độ trùng hợp từ 400 - 600 Khác với
quá trình sản xuất xơ viscose thường, dịng xơ được hình thành từ dung dịch nhớt
được đưa vào bể đông tụ chứa lượng kẽm sunphat nhiều hơn và giữ ở nhiệt độ cao
hơn Các xơ filament được ép đùn ra từ đầu kéo sợi và được kéo giãn cực đại Do đó,

xơ được hình thành có tỷ lệ miền vi tinh thể tăng do cấu trúc phân tử có độ định hướng
cao hơn Vì vậy, xơ có độ bền ướt cao, chịu kiềm tốt hơn, ít co ở trạng thái ướt và
1


khả năng biến dạng phục hồi cao hơn [15] Xơ viscose bền cao được ứng dụng chủ
yếu trong lĩnh vực kỹ thuật như sợi cốt cho lốp xe, dệt vải mành, vải dù trong qn
đội Ngồi ra, xơ này cịn được ứng dụng để sản xuất chỉ may công nghiệp, vải lều
bạt…
* Viscose xoăn: Mặc dù cellulose không phải là nhựa nhiệt dẻo, không thể bị uốn
cong về mặt cơ học và tạo sợi kiểu giống như xơ tổng hợp được nhưng xơ có thể bị
uốn được bằng cách gây ra mất cân bằng về độ đồng đều và độ dày của bề mặt xơ
trong quá trình sản xuất Trong nước nóng bề mặt xơ bị co nhiều hơn phần lõi làm
cho xơ bị uốn Viscose uốn nhìn giống len, có thể sử dụng nguyên hoặc pha với
polyester, nylon, acetate, len để sản xuất thảm, nội thất, ga trải giường hoặc quần áo
* Modal: Modal là loại xơ viscose có độ bền trung bình, độ bền ướt và độ giãn đứt
tương đối tốt Quy trình sản xuất xơ modal có sự cải tiến hơn so với các quy trình sản
xuất viscose thơng thường
Ngồi ra cịn có một số loại xơ viscose khác như polynosic, cellophane được
ứng dụng trong lĩnh vực kỹ thuật
1 1 1 3 Cấu trúc của xơ viscose
Thành phần hóa học của xơ viscose là cellulose nhưng khác với cellulose tự
nhiên là các vòng piran xoay 90º còn trong cellulose tự nhiên là 180º Do đó, xơ
viscose có khả năng hấp thụ mạnh các chất, dễ nhuộm màu hơn bơng [9]
Trong q trình điều chế dung dịch kéo sợi, các mắt xích phân tử bị cắt ngắn dẫn
đến DP của cellulose trong viscose bị giảm so với cellulose trong bông DP của
cellulose trong viscose dao động trong khoảng n = 200 - 600 Các tính chất xơ sẽ phụ
thuộc vào: (a) các phân tử cellulose được sắp xếp và liên kết với nhau trong xơ và (b)
kích thước trung bình và phân bố kích thước của các phân tử Công thức cấu tạo và
cấu trúc của một mắt xích cellulose được thể hiện trong Hình 1 1 [9]

(a)

(b)

Hình 1 1: Công thức cấu tạo và cấu trúc của một mắt xích cellulose
Trong cellulose tái sinh, cấu trúc cellulose I, II được đề xuất cho các loại xơ
viscose, cellophane, cellulose kiềm Còn cấu trúc cellulose III, IV cho các loại cịn
lại Các thơng số kích thước của cellulose I, II, III, IV được thể hiện trong Bảng 1 1
Quá trình hình thành xơ theo phương pháp ướt xảy ra trong bể đơng tụ, phản ứng hóa
học xảy ra từ phía ngồi vào trong thân xơ, do đó có sự thay đổi về cấu trúc tinh thể
Vì vậy, mặt cắt ngang của các loại xơ viscose cũng khác nhau, thể hiện trên Hình 1 2
[9] Do cấu trúc xốp nên xơ mềm mại, có độ giãn lớn, dễ thấm nước, dễ trương nở
trong nước, dễ hấp thụ thuốc nhuộm, có ngoại quan bóng hơn xơ bơng [9]
2


Bảng 1 1: Các kích thước mắt xích cellulose [9]
Cấu trúc
celulose

a (Å)

b (Å)

c (Å)

β ()

Celulose I

8,35

10,3

7,9

84

Celulose II

8,1

10,3

9,1

62

Celulose III

7,74

10,3

9,9

58

Celulose IV

8,11

10,3

7,9

90

Hình 1 2: Mặt cắt ngang của một số loại xơ viscose
(a) HWM, (b) viscose thông thường, (c) HT, (d) viscose xoăn
1 1 1 4 Tính chất của xơ viscose
Trong q trình kéo sợi, chỉ cần thay đổi tương đối nhỏ các thơng số hóa học và
vật lý có thể dẫn đến tính chất của xơ khác biệt
- Tính chất vật lý [9]: Tính chất vật lý của một số loại xơ viscose được thể hiện trong
Bảng 1 2
Bảng 1 2: Tính chất cơ lý của một số loại xơ viscose
Tính chất

Viscose
thường

Viscose
HWM

Modal

Độ bền kéo đứt (glực/den)
2,1 - 3,2
3,5 - 5,0

3,5 - 4,5
- Điều kiện chuẩn
- Điều kiện ướt
0,7 - 1,8
2,2 - 3,2
2,4 - 3,5
Độ giãn đứt (%)
15 - 30
10 - 15
8 - 12
- Điều kiện chuẩn
- Điều kiện ướt
20 - 40
12 - 18
9 - 15
Độ thấm hút nước (%)
90 - 110
60 - 80
60 - 80
- Tính chất hóa học: Xơ viscose khơng bền trong axit vô cơ đậm, với H2SO4 nồng
độ trên 60% sẽ bị hòa tan trong thời gian 20 phút ngay cả ở nhiệt độ thường, axit
lỗng thì thời gian lâu hơn Xơ viscose khơng bền với kiềm lỗng ở nhiệt độ cao và
có mặt oxy khơng khí
- Tính chất khác: Xơ viscose kém bền với khí hậu thời tiết, dễ bị vi khuẩn và nấm
mốc tấn công [16], không có chức năng bảo vệ cơ thể người dưới tia cực tím và ánh
sáng mặt trời như bơng Chính vì vậy, có nhiều nghiên cứu tập trung vào xử lý kháng
khuẩn cho vật liệu viscose sử dụng các hợp chất như chiết xuất thực vật [17], chitosan
[18, 19], nano vàng [20], nano bạc [16, 21]… nhằm khắc phục nhược điểm của xơ

3

Qua việc tổng quan về viscose cho thấy xơ viscose có nhiều đặc tính q nên
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực Tuy nhiên, xơ viscose có cấu trúc xốp, có khả
năng giữ nước, chứa oxi tạo mơi trường thuận lợi cho vi khuẩn sinh sôi phát triển
dẫn đến vải từ xơ viscose kém bền với vi sinh vật Vì vậy, xử lý kháng khuẩn cho vải
viscose là rất cần thiết để nâng cao giá trị sử dụng và thẩm mỹ cho vật liệu này
Trong số các loại xơ viscose thì xơ viscose thơng thường có tỷ trọng sử dụng lớn nhất
trong lĩnh vực dệt may, được dùng trong nhiều sản phẩm như quần áo may mặc thông
thường, quần áo trẻ em đặc biệt là mặt hàng khẩu trang do khẩu trang cần độ thơng
thống, hút ẩm tốt nhưng khơng cần độ bền cao và có giá trị thấp Vì vậy, trong
nghiên cứu này vải viscose thông thường được lựa chọn để làm vật liệu nền để xử lý
1 1 2 Tổng quan về xử lý kháng khuẩn cho vải viscose
1 1 2 1 Xử lý kháng khuẩn cho vật liệu dệt
Vật liệu dệt từ tự nhiên từ cellulose, tơ tằm, len, cellulose tái sinh là môi trường
thuận lợi để vi sinh vật phát triển do chúng có cấu trúc xốp, ưa nước, giữ lại nước,
oxy và chất dinh dưỡng [1, 16] Đối với vật liệu dệt từ xơ tổng hợp có khả năng chống
vi khuẩn tốt hơn xơ tự nhiên vì chúng hầu hết kị nước nên khơng cung cấp độ ẩm cần
thiết để vi khuẩn phát triển Bên cạnh thành phần hóa học của vật liệu dệt ảnh hưởng
đến sự tấn cơng của vi sinh vật thì một yếu tố khác đóng vai trị rất quan trọng trong
việc làm cho vải dễ bị vi khuẩn tấn công là môi trường vật lý mà chúng được sử dụng
Sự hiện diện của chất lỏng cơ thể con người như mồ hôi, bã nhờn, máu, bụi bẩn và
vết thức ăn trên vải cung cấp môi trường giàu dinh dưỡng cho sự phát triển của vi
sinh vật Chính vì vậy, những vật liệu dệt được sử dụng trong bệnh viện, quần áo trẻ
sơ sinh, đồ lót và quần áo thể thao là môi trường lý tưởng để vi sinh vật phát triển [1,
16, 22] Sự sinh trưởng của vi khuẩn trên vật liệu không chỉ ảnh hưởng đến bản thân
vật liệu dệt như để lại vết bẩn, sự thay đổi màu sắc, giảm độ bền, độ giãn, độ đàn hồi,
giảm giá trị sử dụng mà cịn gây khó chịu cho người mặc như gây mùi, kích ứng da
và truyền nhiễm bệnh tật Đối với các chủng vi sinh vật tồn tại trên vật liệu dệt, chúng
có thể gây nên nhiều loại bệnh tật, truyền nhiễm các bệnh nguy hiểm và có thể phân

hủy sinh học vật liệu dệt Hai chủng vi khuẩn Staphylococcus epidermidis và
Corynebacterium là nguyên nhân chính mùi cơ thể và quần áo [23] Trong khi chủng
vi khuẩn Proteus mirabilis, nấm Candida albicans, Epidermophyton flccosum và
Trichophyton có thể gây kích ứng da và nhiễm trùng [24] Có nhiều nghiên cứu đã
chỉ ra trên vật liệu dệt chủng vi khuẩn gram dương S aureus là một trong những
nguyên nhân chính gây ra nhiễm trùng ở bệnh viện, một số chủng vi sinh vật có hoạt
tính mạnh gây phân hủy sinh học vật liệu dệt là các loại nấm thuộc chủng Aspergillus
Chaetomium, Microsporum, Myrothecium và Penicillium, các chủng vi sinh vật này
gây ra quá trình phân hủy enzym cho cả xơ tự nhiên và xơ tổng hợp Các chủng vi
khuẩn Bacillus, Pseudomonas và Cellulomonas đóng vai trị quan trọng nhất gây ra
sự phân hủy sinh học của các vật liệu dệt may [25] Một số chủng vi khuẩn như
Staphylococus, Bacillus subtilis, Klebsiella Pneumoniae… có thể làm mất màu hàng
dệt kim, đồ lót, quần áo mặc ngoài [26]
Xử lý hoàn tất vật liệu dệt bằng các tác nhân kháng khuẩn là một trong những
biện pháp để ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn qua vải Trên thị trường hiện nay
có rất nhiều tác nhân kháng khuẩn khác nhau về cấu trúc hóa học, hoạt tính kháng
khuẩn, hiệu quả kháng khuẩn, độ bền kháng khuẩn với giặt cũng như tác động đến
4


con người và môi trường Hiệu quả chống lại vi khuẩn của vật liệu dệt kháng khuẩn
được quyết định bởi tác nhân kháng khuẩn (cấu trúc hóa học, nồng độ hóa chất, cơ
chế kháng khuẩn), vật liệu nền (tính chất hóa lý, hình học), điều kiện xử lý (nhiệt độ,
thời gian, pH ) [2] Tác nhân kháng khuẩn cho vật liệu dệt thường theo hai cơ chế:
khuếch tán (giải phóng có sự kiểm sốt) hoặc khơng khuếch tán (hình thành rào cản
vi sinh vật) (Hình 1 3) [1, 27]

Hình 1 3: Mô tả cơ chế kháng khuẩn của tác nhân kháng khuẩn
(a) Khuếch tán, (b) Không khuếch tán
Đối với cơ chế thứ nhất, phần lớn tác nhân kháng khuẩn thường liên kết vật lý

với xơ dệt, hoạt tính kháng khuẩn của chúng được giải phóng từ vật liệu dệt ra mơi
trường xung quanh khi có độ ẩm, tại đó chúng hoạt động như một chất độc giết chết
vi sinh vật Các tác nhân theo cơ chế này có một số nhược điểm: chất kháng khuẩn
giải phóng ra trên bề mặt vật liệu dệt làm nồng độ giảm dần dẫn đến giảm hiệu quả
kháng khuẩn; làm cho vi sinh vật trở nên kháng thuốc; có thể gây kích ứng da; độ bền
kháng khuẩn với giặt kém và ảnh hưởng đến môi trường Do vậy để có thể kéo dài
hoạt tính kháng khuẩn, cần kiểm sốt q trình giải phóng tác nhân kháng khuẩn
chẳng hạn như sử dụng vi nang để chứa tác nhân kháng khuẩn, sử dụng các hợp chất
polymer để giúp cho chất kháng khuẩn giải phóng có kiểm sốt hơn
Đối với cơ chế thứ hai, tạo “rào cản” để ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn
Các tác nhân kháng khuẩn này có liên kết hóa học với bề mặt của các xơ sợi, chúng
khơng giải phóng mà hoạt động như một rào cản để kiểm soát sự tiếp xúc của các vi
sinh vật với các xơ dệt Liên kết hóa học của tác nhân với bề mặt vật liệu xảy ra khi
các nhóm chức hoạt tính trong tác nhân liên kết với xơ dệt Cơ chế này có nhiều ưu
điểm hơn cơ chế thứ nhất bởi vì khơng bị giải phóng nên nồng độ của chất kháng
khuẩn khơng bị giảm trong quá trình sử dụng; khả năng kháng tác nhân kháng khuẩn
giảm; khơng gây kích ứng da; bền với giặt hơn so với cơ chế thứ nhất Tuy nhiên, cơ
chế thứ hai này có một số nhược điểm như “hàng rào” kháng khuẩn trên bề mặt xơ
có thể bị vơ hiệu hóa bởi các vi sinh vật bị chết, sự hấp phụ của bụi bẩn hoặc sự trung
hòa của các điện tích dương do sự hình thành phức giữa nhóm kháng khuẩn cation
với nhóm anion của chất giặt tẩy; lớp kháng khuẩn trên bề mặt vật liệu có thể bị tách
ra khỏi bề mặt xơ do ma sát
Phần lớn các tác nhân kháng khuẩn cho vật liệu dệt theo cơ chế thứ nhất (cơ chế
giải phóng có kiểm sốt, khuếch tán) Sau đây là một số nhóm hợp chất kháng khuẩn
thường đựợc sử dụng [1, 2]
* Phenol halogen

5

Trong nhóm tác nhân này có phenol triclosan 5-chloro-2-(2,4-dichlorophenoxy)
và các dẫn xuất của chúng được sử dụng phổ biến nhất Triclosan có phổ kháng khuẩn
rộng, diệt được nhiều vi khuẩn gram dương và gram âm ở nồng độ thấp Hoạt tính
kháng khuẩn của triclosan dựa trên sự gắn kết của nó với các enzyme của vi khuẩn,
ngăn chặn các enzyme tổng hợp axit béo để xây dựng màng tế bào vi khuẩn [1]
Triclosan thường được dùng để xử lý cho vật liệu từ cellulose, đạt được độ bền kháng
khuẩn qua quá trình giặt cao [2, 28]
* Muối amoni bậc bốn (QAS) và muối photphonium (QPS)
Hoạt tính kháng khuẩn của QAS phụ thuộc vào chiều dài của chuỗi akyl, sự hiện
diện của nhóm được định hướng và số lượng nhóm amoni trong phân tử [1] QAS là
tác nhân kháng khuẩn quan trọng với phổ kháng khuẩn rộng nhưng chúng ít hiệu quả
hơn với nấm Chức năng kháng khuẩn phát sinh từ các tương tác hấp dẫn giữa nhóm
amoni của QAS và màng tế bào tích điện âm của vi khuẩn, dẫn đến sự hình thành
phức QAS-vi khuẩn Do đó gây ra sự gián đoạn của tất cả các chức năng thiết yếu
của màng tế bào và phá vỡ hoạt tính của protein QAS cũng ảnh hưởng đến DNA của
vi khuẩn, do đó làm mất khả năng sinh sản của vi khuẩn [1]
Trong số các QPS, muối methyltriphenyl phosphonium là hay được sử dụng
nhất Muối photphonium bậc bốn ổn định hơn và có hoạt tính kháng khuẩn cao hơn
so với muối amoni bậc bốn có cấu trúc tương tự Cấu tạo của QAS và QPS được thể
hiện trên Hình 1 4

Hình 1 4: Cấu tạo của của QAS và QPS
(a) alkyl-3 4-dichlorobenzyl-dimethyl amoni chlorua; (b) muối amoni diquaternary
perfluoroalkyl dimethyl; (c) muối methyltriphenyl phosphonium
* N-halamine
N-halamine có thể tạo liên kết cộng hóa trị với xơ dệt, có phổ hoạt động rộng
chống lại vi khuẩn, nấm và virus Cụ thể, hoạt tính kháng khuẩn của N-halamine dựa
trên ái lực của Cl trong liên kết N-Cl với H của nước dẫn đến việc giải phóng các ion
Cl+ có đặc tính kháng khuẩn Các ion Cl+ có thể liên kết với vi sinh vật, gây cản trở
quá trình trao đổi chất, dẫn đến sự phá hủy cấu trúc vi sinh vật

* Polybiguanide
Đối với ứng dụng cho vật liệu dệt, polybiguanide hay dùng nhất là poly
hexamethylenebiguanide (PHMB) hydrochloride với trung bình 11 - 15 đơn vị

6